Загадочная плазма в небе: Как буквы ионосферы влияют на ваш GPS!

Вы когда-нибудь задумывались, что происходит в небе после захода солнца? Помимо звёзд и спутников, в высоких слоях атмосферы формируются загадочные структуры, способные влиять на точность GPS и связь. И это не научная фантастика — это работа плазмы в ионосфере, загадочной области над нашими головами.

Тайный алфавит ночного неба

На высоте от 80 до 640 километров над поверхностью Земли простирается ионосфера — слой, насыщенный заряженными частицами. Днём они активны под воздействием солнечного света, но ночью все становится намного интереснее. В темноте эта зона не успокаивается — наоборот, она начинает "рисовать" на небесах фигуры, которые учёные сравнивают с буквами алфавита.

И это не просто красивые формы — эти "буквы" могут влиять на точность GPS-навигации и работу радиосвязи.

Когда плазма пишет X

По вечерам по обе стороны от магнитного экватора появляются две плотные полосы ионизации. Они известны как экваториальная ионизационная аномалия (EIA). Раньше считалось, что они ведут себя предсказуемо — вроде полос движения на шоссе. Однако недавно спутник NASA GOLD заметил, что они иногда пересекаются, образуя букву X.

Такое пересечение называют EIA-X, и оно способно:

• отклонить радиоволны от курса,

• сбить с точности GPS-координаты,

• повлиять на связь и электронику.

Проблема в том, что такие события происходят даже при спокойной солнечной активности.

Удивительное наблюдение от GOLD

Спутник GOLD (Global-scale Observations of the Limb and Disk), запущенный в 2018 году, ведёт постоянное ультрафиолетовое наблюдение с геостационарной орбиты. Благодаря его "видеонаблюдению" учёные впервые увидели, как плазменные потоки изгибаются в С- и обратно-С-образные формы, а иногда — сталкиваются, образуя X.

"Ранее такие пересечения наблюдались только во время геомагнитных бурь. То, что они возникают в спокойные ночи, стало настоящим открытием", — рассказывает руководитель исследования из LASP Фазлул Ласкар.

Что говорят модели и симуляции

Компьютерное моделирование подтверждает увиденное GOLD. Причиной появления X-образных структур могут быть:

• нисходящие атмосферные ветры на закате,

• вертикальные колебания воздуха из нижней атмосферы,

• сложные сдвиговые потоки, меняющие форму плазмы.

Такие взаимодействия показывают, что погода на уровне Земли может оказывать влияние даже на космическую среду.

Когда каждый метр имеет значение

События EIA-X кратковременны — длятся всего несколько часов после заката. Однако даже за это время они могут вызвать ошибки в позиционировании на десятки метров. А это критично для:

• геодезистов и строителей,

• пилотов и операторов дронов,

• нефтяных танкеров и сельскохозяйственной техники.

"Если в ионосфере возникает сильный сдвиг или вихрь, он может полностью исказить сигнал. Это приведёт к полному его исчезновению", — говорит исследователь Дипак Каран.

Буквы C и их зеркала

Впервые были зафиксированы пары плазменных пузырей в форме C и обратной C, расположенные всего в 400 милях друг от друга — крошечное расстояние по космическим меркам. Это указывает на то, что в ионосфере присутствуют разнонаправленные ветры и сильные вертикальные сдвиги.

"Такие пары никогда раньше не предсказывались. Это заставляет нас пересмотреть всё, что мы знали о верхней атмосфере", — отмечает Каран.

Как это поможет нам в будущем

Уже сейчас GOLD помогает в реальном времени отслеживать эти искажения. Будущие спутниковые миссии, такие как NASA Geospace Dynamics Constellation, обеспечат трёхмерный взгляд на атмосферные процессы, особенно при поддержке наземных радаров и камер.

Всё это нужно для одной цели — предсказывать искажения связи и навигации до того, как они повлияют на критически важные технологии.

Уточнения

Пла́зма — ионизированный газ, одно из четырёх классических агрегатных состояний вещества.